BR102020022705A2

BR102020022705A2 - Sistema de aquecimento a laser em ensaios de acidificação de rochas carbonáticas

Info

Publication number: BR102020022705A2
Application number: BR102020022705-0A
Authority: BR
Inventors: Mario Germino Ferreira Da Silva
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2020-11-06
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2022-05-17
Also published as: US20220146486A1; US11815502B2; CN114441404A

Abstract

A presente invenção trata de um sistema de energização a laser para ser utilizado em ensaios de laboratório aplicado na área de estimulações ácidas de reservatórios carbonáticos visando melhorar a eficiência na passagem do ácido dentro da rocha reservatório. Com esse sistema melhora-se o planejamento da operação, buscando uma maior eficiência de penetração do tratamento ácido na rocha carbonática e por conseguinte contribui para melhorar o resultado do IP do poço, através do aumento da área aberta ao fluxo entre o reservatório e o poço. O sistema de energização a laser compreende em o acoplamento do equipamento para testes de fluxo em plugues com o energizador a laser.

Description

SISTEMA DE AQUECIMENTO A LASER EM ENSAIOS DE ACIDIFICAÇÃO DE ROCHAS CARBONÁTICAS

Campo da Invenção

[001] A presente invenção trata de um sistema de energização a laser para ser utilizado em ensaios de laboratório aplicado na área de estimulações ácidas de reservatórios carbonáticos visando melhorar a eficiência na passagem do ácido dentro da rocha reservatório. Com isso, melhora-se o planejamento da operação, buscando uma maior eficiência da penetração do tratamento ácido na rocha carbonática e por conseguinte contribui para melhorar o resultado do IP do poço, através do aumento da área aberta ao fluxo entre o reservatório e o poço.

Descrição do Estado da Técnica

[002] As rochas carbonáticas possuem muitas variações em sua natureza constitutiva que é função dos processos pelos quais elas se formaram na natureza ao longo das eras geológicas, conforme descritos nos estudos de KARMANN, I.; SANCHEZ, L.E. “Distribuição das Rochas Carbonáticas e Províncias Espeleológicas do Brasil”, Espeleo-Tema, Boletim Informativo N. 13, 1979; TONIETTO, S.N. “Diagênese e hidrotermalismo em rochas carbonáticas proterozóicas: Grupos Bambuí e Vazante, Bacia do São Francisco”,167f. Dissertação (Mestrado em Geologia), Universidade de Brasília - UnB, 2010; FARIA, R.T. “Tratamento de dados multivariados através da análise de correspondência em rochas carbonáticas”,151f. Dissertação (Mestrado) em Geociências), Universidade Estadual de Campinas, SP, 1993; BARBOSA, J.A. et al. “Paleoambientes e icnofácies da sequência carbonática da bacia da Paraíba (cretáceo-paleogeno), nordeste do Brasil”, Revista Brasileira de Geociências, v. 36, p. 449-464, 2006.

[003] A questão é que estas rochas podem sofrer muitos efeitos dos mais variados tipos tais como: chuvas ácidas, sistema deposicional, constituição dos tipos de conchas que deram origem a rocha carbonáticas, movimentos tectônicos, entre outros; de uma maneira geral a literatura é rica em estudos dos mais variados sobre este assunto e muitas vezes os estudos estão direcionados ao ambiente da formação das rochas carbonáticas na natureza. Assim sendo, as características desta rocha, como permeabilidade, porosidade, constituição química, presença de espaços vazios, fraturas naturais e etc, poderão variar em função do processo que deu origem a formação da rocha na natureza.

[004] É de conhecimento geral que na acidificação de carbonatos tem-se reações químicas que podem ter seus resultados medidos, com o objetivo de verificar qual o ganho de permeabilidade, porosidade e até mesmo de conectividade do reservatório para com o poço de petróleo, cujo o objetivo final será o aumento da produtividade dos poços do campo de petróleo. Entretanto, a cinética destas reações sofre influência da temperatura, ou seja, a velocidade da reação aumenta com o aumento da temperatura.

[005] Nas operações offshore de acidificação as lâminas d’água acima de 700 metros de profundidade a temperatura do leito marinho é de 4°C com os comprimentos das linhas a depender do projeto, podendo chegar a 10 km de distância da Unidade Estacionária de Produção (UEP) até o poço de petróleo, o que ocorre um resfriamento do ácido, sendo assim a velocidade da reação do ácido será menor em função da baixa temperatura, como por exemplo, com o ácido clorídrico e com o ácido acético, respectivamente, as reações podem ser resumidas das seguintes formas:
CaCOs(s)+2 HCl (aq) → H2O + CO2 + CaCl2 (aq)
CaCOs + 2 CH3COOH ↔ Ca(CH3COO)2 + CO2 + H2O

[006] É preciso ressaltar ainda, a escolha da estratégia de produção é uma das tarefas mais importantes para garantir o sucesso do desenvolvimento de campos de petróleo. Isto porque os campos de petróleo durante a sua vida útil, atravessam fases distintas, que vão desde o início da produção do campo, até a sua fase madura, operações workover são realizadas visando fazer a manutenção da produtividade dos poços e assim a vida útil do campo de petróleo.

[007] Durante a vida produtiva do campo ocorrem várias mudanças na composição do petróleo produzido, o teor de gás dissolvido no óleo (RGO), a concentração de água no óleo (BSW), a composição dos sais presentes nesta água, o momento do início da injeção de gás via gás lift para elevação artificial do óleo dentre outros aspectos. Estas mudanças geram necessidades de ajustes nas condições de produção dos poços, mudanças estas que vão sendo ajustadas durante a vida útil do poço com o objetivo de produzir o máximo de petróleo com a melhor economicidade possível.

[008] Na fase de completação do poço em formações carbonáticas, algumas etapas são necessárias, sendo primeiro é realizada a operação de canhoneio para interligar o reservatório ao poço, esta operação cria uma espécie de túneis, visando permitir o escoamento do óleo do reservatório para dentro do poço. A operação de canhoneio é realizada através de canhões descidos a cabo, que possuem explosivos projetados para este objetivo. Em seguida, é realizada uma operação de acidificação, visando remover o dano causado nas faces internas do poço, pela broca de perfuração, na superfície da rocha carbonática, durante o processo de perfuração do poço. Este dano promove uma redução da produtividade do poço, e para melhorar a suposta queda de produtividade, normalmente é realizado o tratamento com injeção de ácido.

[009] O tratamento com injeção de ácido está sujeito a variações de cenário, tais como: as diferenças de permeabilidade da formação, o qual o ácido entra mais facilmente onde é mais permeável, e onde há existências de fraturas. Por fim uma última questão é sobre o efeito do tratamento, normalmente se dá na superfície da rocha ou do túnel que foi criado pelo canhoneio, algumas vezes sendo necessário até o uso de divergentes químicos para direcionar o tratamento ácido para as formações de baixa permeabilidade.

[0010] Na operação de acidificação de formações carbonáticas tem-se observado que a injeção do tratamento ácido, de uma maneira geral, depende do caminho preferencial que estiver disponível dentro do poço na interface com o reservatório e ou dos canhoneados, nas regiões de maior permeabilidade e ou a presença de fraturas naturais que podem formar os caminhos preferenciais na superfície da rocha. Por outro lado, existe uma tendência de o tratamento dissolver mais na face da rocha do que penetrar na formação, ou seja, o ácido é consumido na interface do poço reservatório.

[0011] No estudo de SILVA, M. D.; SOARES, J.A.; LIMA, A. “Efeito da acidificação de matriz sobre a petrofísica de rochas carbonáticas”, VII Simpósio Brasileiro de Geofísica, Ouro Preto, 25 a 27 de outubro de 2016 revela um estudo em amostras carbonáticas naturais e artificiais que foram analisadas quanto às suas propriedades petrofísicas antes e após um processo de acidificação de matriz. Sendo assim trata apenas de uma investigação em laboratório com acompanhamento de alterações petrofísicas de uma amostra representativa de rocha, sem o uso de uma ferramenta de energização a laser.

[0012] O documento PI10058680A2 revela um processo termoquímico para acidificação de poços de petróleo ou gás, injetores de água ou gás e remoção de reboco em poços horizontais de grande extensão ou mesmo acidificações visando restauração de permeabilidade desses poços. Tal processo é aplicado diretamente no poço de petróleo e não faz menção a um equipamento associado a um método de utilização de lazer para a catálise fotônica e térmica para a reação do ácido.

[0013] A referência de SILVA, M.G.F. “Aplicação de laser para canhoneio de poços de petróleo”, 180f., Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 2013 revela um estudo visando a avaliação do uso de lasers de alta potência para operações de canhoneio em poços revestidos e cimentados em reservatórios carbonáticos, cujo objetivo é introduzir furos laterais diretamente nas paredes do poço para permitir o escoamento do fluido do reservatório para o poço.

[0014] Assim, nenhum documento do estado da técnica revela um sistema de energização a laser em testes de plugues para avaliação de acidificação de carbonatos tal como aquele da presente invenção.

[0015] Desta forma, com o intuito de solucionar tais problemas desenvolveu-se a presente invenção, que através dos resultados de um estudo de avaliação do comportamento da passagem do ácido através de uma amostra em formato de plugue oriundo da rocha reservatório que será acidificada, visa melhorar o planejamento da operação e assim buscar uma maior eficiência da penetração do tratamento ácido na rocha carbonática e por conseguinte contribuir para melhorar o resultado do IP do poço, através do aumento da área aberta ao fluxo entre o reservatório e o poço.

[0016] Isto posto, a presente invenção apresenta uma solução tecnológica para o planejamento do desenvolvimento da produção dos campos de petróleo, tal como o pré-sal, com o objetivo de aumentar o fator de recuperação dos campos de petróleo visando assim obter um melhor resultado com melhor economicidade.

[0017] Cabe ressaltar ainda que a presente invenção atende a uma fase específica da vida produtiva do campo, o início da produção, mas também pode ser aplicada nas operações de workover quando no gerenciamento da produção do campo ocorrer o cenário de gás lift e baixo BSW, e assim necessariamente toda a vida produtiva do campo, sendo desta forma uma solução caracterizada para obter o melhor gerenciamento de reservatórios e da produção do campo de forma a obter o melhor economicidade.

Descrição Resumida da Invenção

[0018] A presente invenção trata de um sistema de energização a laser para melhorar a produtividade dos poços perfurados e completados em formações carbonáticas. Portanto, essa tecnologia para estudar e predizer, através de ensaios de laboratório melhora o planejamento da operação, e assim busca uma maior eficiência da penetração do tratamento ácido na rocha carbonática e por conseguinte contribui para melhorar o resultado do IP do poço, através do aumento da área aberta ao fluxo entre o reservatório e o poço.

[0019] A presente invenção é aplicada na área de estimulações ácidas de reservatórios carbonáticos, como por exemplo o pré-sal.

Breve Descrição dos Desenhos

[0020] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de realização da mesma. Nos desenhos, têm-se:

- A Figura 1 ilustrando um esquema do sistema de energização e aquecimento a laser em testes de plugs para avaliação de acidificação de carbonatos de acordo com a presente invenção, onde são representados: (1) bomba, (2) energizador a laser, (3) equipamento para testes de fluxo em plugs, (4) plug da rocha, (5) holder e (6) manômetro;
- A Figura 2 ilustrando um equipamento para ensaio de plug de rochas que possui uma entrada de fluido centralizada na inferior do corpo do Holder, um sistema de drenagem lateral na base do corpo do Holder, um sistema de pressurização e uma saída de fluido centralizada na parte superior do Holder;
- A Figura 3 ilustrando os plug de amostras de A a F de rocha reservatório carbonáticas de campos diferentes, que serão submetidos aos ensaios de verificação estrutural dos plugs através de micro tomografia, antes da acidificação energizada a laser, e após a acidificação para avaliação do canal criado em cada amostra de plug;

Descrição Detalhada da Invenção

[0021] O sistema de energização a laser utilizado em testes de plugs em ensaios em laboratório de acordo com a presente invenção e ilustrado na Figura 1 compreende em uma bomba para deslocamento de fluidos (1), um equipamento para testes de plugues (3) acoplado ao energizador a laser (2) e um manômetro (6) de forma que a energização a laser no ácido durante o ensaio aumente o diâmetro dos canais criados durante a acidificação, ocorrendo assim o aumento da reatividade do ácido devido a presença dos fotóns e ao aumento da temperatura promovendo também o resultado na cinética da reação entre o ácido e a rocha do plug, ou seja o consumo da massa de rocha pelo ácido será maior.

[0022] Como pode ser observado na Figura 2, com mais detalhes o equipamento para testes de plugues (3) que compreende no holder (5) com uma entrada de ácido (7) na parte inferior e uma saída de ácido (8) na parte superior e uma linha de nitrogênio (9) para pressurização do holder para simular a pressão do reservatório e uma linha com válvula (10) para expurgar nitrogênio e líquido após o teste que ficaram dentro do holder.

[0023] Antes de se projetar o programa de acidificação de uma rocha carbonática, é realizado em laboratório, um estudo de avaliação do comportamento da passagem do ácido através de uma amostra em formato de plugue oriundo da rocha reservatório que será acidificada. Este ensaio tem o objetivo de verificar como o plugue vai se comportar com a passagem do ácido, que pode ser ácido fórmico, acético, clorídrico e ou gelificado.

[0024] Através do resultado deste teste de laboratório, o analista irá verificar e inferir como o ácido vai se distribuir dentro da rocha reservatório. O resultado do ensaio, melhora o planejamento da operação, e assim busca uma maior eficiência da penetração do tratamento ácido na rocha carbonática e por conseguinte contribui para melhorar o resultado do IP do poço, através do aumento da área aberta ao fluxo entre o reservatório e o poço.

[0025] A presente invenção propõe que seja incluído nos ensaios de laboratório a utilização da energização do ácido através da aplicação de radiação laser para aumentar a reatividade do ácido visando aumentar a eficiência destes testes de acidificação de rochas carbonáticas.

[0026] A reação do ácido HCl a 15% com a rocha carbonato constituída basicamente de CaCO3 produz CO2, CaO e H2O. A radiação laser quando aplicada sobre as rochas carbonato produz a degradação térmica em torno 800°C, o CaCO3 produz CaO e CO2. A temperatura é um dos fatores que mais influem na velocidade de uma reação. Assim, um aumento de temperatura aumenta não só a frequência dos choques entre as moléculas reagentes, como também a energia com que as moléculas se chocam.

[0027] Desse modo, como resultado da teoria das colisões, a probabilidade de as moléculas reagirem aumenta, ou seja, a velocidade da reação aumenta. Da química inorgânica, o aumento da temperatura dentro de uma determinada faixa, altera a cinética da reação aumentando a sua velocidade. Desta forma, uma vez ajustado os parâmetros ideais, que não dependem somente da temperatura, mas podem ser dependentes dos constituintes químicos da amostra da rocha carbonáticas no cenário onde a solução tecnológica será aplicada.

[0028] Desta forma a associação do ácido e laser no equipamento de teste de laboratório produz resultados mais eficientes em termos de reação química entre os ácidos HCl a 15% e o CaCO3 presente no plugue da amostra da formação.

[0029] Os estudos realizados com o sistema de energização a laser proposto mostraram no plugue em ensaios de laboratório, qual o nível de ganho real que se tem com a aplicação do ácido energizado pelo laser em relação ao plugue. Para tal basta realizar ensaios de petrofísica para medir a permeabilidade e a porosidade da rocha antes do ensaio bem como após o ensaio de forma a medir qual será o ganho que teremos com a aplicabilidade da técnica de energização do ácido com laser.

[0030] Portanto, a presente invenção é uma forma de realizar uma avaliação do ganho de produtividade nos poços de um campo de petróleo em uma formação carbonática onde for aplicada a tecnologia de acidificação energizada a laser, na qual pode-se então planejar o incremento do fator de recuperação do campo de petróleo através do aumento da sua produtividade.

[0031] Deve ser notado que, apesar de a presente invenção ter sido descrita com relação aos desenhos em anexo, esta poderá sofrer modificações e adaptações pelos técnicos versados no assunto, dependendo da situação específica, mas desde que dentro do escopo inventivo aqui definido.

Claims

SISTEMA DE AQUECIMENTO A LASER EM ENSAIOS DE ACIDIFICAÇÃO DE ROCHAS CARBONÁTICAS, caracterizado por compreender uma bomba para deslocamento de fluidos (1), um equipamento para testes de fluxo em plugues (3) acoplado ao energizador a laser (2) e um manômetro (6), em que o equipamento para testes de fluxo em plugues (3) compreende em um holder (5) com uma entrada de ácido (7) na parte inferior e uma saída de ácido (8) na parte superior e linha de pressurização com gás (9).
SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o equipamento para testes de fluxo em plugues (3) ser acoplado a um energizador a laser.
SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o energizador a laser (2) ser posicionado antes do equipamento para testes de fluxo em plugues (3) para promover o aquecimento do ácido.
SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o holder (5) ser utilizado para posicionar o plug da amostra de rocha para o ensaio.
SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo ácido ser o ácido fórmico, acético, clorídrico e ou gelificado.